磁学方法在环境污染研究中的应用

环境磁学方法问世20多年来，因其快速、灵敏、经济、无破坏性和信息量大的特点，在环境研究中得到广泛的应用。磁学方法可用于传统的污染分析技术（化学）之前的预研究，而后者一般耗费大量人力、物力和时间；它也可以作为环境污染评估的代用指标。近年来，随着世界环境污染问题的日益严重和倍受关注，磁学方法被广泛地应用于环境污染研究。欧洲环境磁学专家在重建污染历史、监测现代环境污染、追踪与分离污染源等方面，开展了大量的工作，并积累了一定的经验。介绍了磁学方法用于污染研究的显著特点、主要用途、野外工作方法以及相关仪器；展示了在大气、土壤、潮滩、河流、湖泊以及海洋等不同环境系统中，利用磁手段研究污染的成果和最新进展；对 于一些难点、热点问题，如磁性机理的研究、多源污染的分离、强烈多变的人类活动对获取有意义磁讯号的影响等，做了相应的分析和总结。     

珊瑚礁岩石磁学、环境磁学和磁性地层学研究进展

本文系统总结了珊瑚礁的岩石磁学、环境磁学和磁性地层学研究,尤其是磁性矿物类型、来源以及磁学性质对气候的响应等方面的成果,归纳出珊瑚礁磁性矿物的主要类型为:磁铁矿、磁铁矿或磁赤铁矿的混合物、碎屑钛磁铁矿颗粒等,且磁性矿物的粒径从单畴到多畴都有分布.关于磁性矿物的来源,目前存在以下3种观点:磁性矿物主要来自海水中含有的陆源物质;微生物成因;火山碎屑矿物成因.在气候响应记录方面,珊瑚礁的环境磁学参数与其他方法相结合,可以很好地指示气候的冷暖状态、大陆输入通量、火山或地震活动,以及海啸灾难等重大突发构造活动或气候事件.综上,珊瑚礁中的磁性矿物类型和来源多样,因此需要采用磁学与非磁学方法进行多学科交叉研究,才能更深入探讨其磁性特征对气候事件的响应与记录.     

环境磁学理论、方法和研究进展

环境磁学是一门介于地球科学、环境科学和磁学之间的边缘科学.环境磁学可提供大量有关区域或全球环境变化及人类活动对环境影响等的重要信息,其研究范围迅速扩大,已成为当今地学前沿学科之一.本文在简述了环境磁学的理论和方法的基础上,介绍了环境磁学中几个主要研究领域如古气候与古环境变化、土壤学和环境污染研究等方面所取得的进展,指出了环境磁学研究中存在的不足之处,并提出了近年来环境磁学的一些新的发展趋势:①加强磁信息与地质记录之间的定量研究;②利用磁信息加强应用研究;③环境磁学与地球化学方法密切相结合;④建立全球磁数据库.     

中国南方红土环境磁学

第四纪红土是中国南方古环境演化与气候变迁的最佳载体之一,记录了南方的古地理、古气候环境变迁信息。典型红土剖面由现代红壤层、均质层、网纹层、砾石层或基岩层组成,均质红土磁化率值多在80×10-8~250×10-8m3/kg,网纹红土磁化率约低一个数量级。红土的磁化率-温度（-T）曲线、等温剩磁获得曲线、XRD和TEM分析认为,成土过程产生的细粒磁性矿物（包括磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿）是红土磁性的主要载体。对红土的岩石磁学和矿物学综合分析认为,红土磁性矿物的含量、粒度、类型等可能指示其形成时期的某种环境变化,红土磁性是南方第四纪环境变迁研究的重要手段,但由于红土的物源以及受后期化学风化改造的复杂性,红土的环境磁学研究需要新的思路和方法。     

环境磁学

本世纪60年代,在由湖泊沉积物恢复湖泊及流域地球化学史时,美国地球化学家F.J.H.Mackereth认识到主要由于人类活动而造成的老颗粒碳对~(14)C定年的严重干扰,转而探索湖泊沉积物记录地磁场长期变并用之定年的可能性。研究表明,湖泊和海洋沉积物以及喀斯特溶洞的二次沉积物均可用来提取地磁场连续的长期变化信息,并将时间跨度扩大到数万年。为了对研究Lough Neagh湖的富营养化史提供时标,在Mackereth指导下,R.Thompson测量了多个岩芯记录的长期变,并同步测量了起始磁化率K。各岩芯的K值随深度变化的可比性及其与土壤剥蚀、沉积物源关系的研究,向人们揭示了又一重要自然现象:沉积物非天然剩磁的磁学性质,可以记录并保存流域的环境事件。其后,F.Oldfield和R.Thompson的长期合作研究以及其他先驱者的研究,为环境磁学这门新学科奠定了基础。     

环境磁学在古气候环境研究中的回顾与展望

基于磁性矿物的性质变化能敏感记录现在和地质历史时期的气候环境变化信息,环境磁学方法能鉴别环境演化过程中磁性物质在大气圈、水圈和岩石圈中运移、沉积和转化的过程,系统介绍了沉积物中磁性矿物的特征和鉴别方法以及主要的环境磁学参数和意义,着重回顾了环境磁学在以黄土、湖泊和海洋沉积物为载体的古气候环境研究中的应用及其取得的重要进展,指出了环境磁学在古气候环境研究过程中要加强多磁学参数综合应用,促进地质记录和磁学指标之间的定量研究,有利于理解不同沉积物的磁性矿物特征和环境变化过程的相关关系。同时强调沉积物还原成岩作用过程的环境磁学研究是目前以至今后发展的一个重要方向。     

福建白垩系沙县组地层磁学特征及其环境意义

广泛分布于中国南方的白垩系巨厚地层被认为是河湖相沉积,蕴含着丰富的古气候古环境变化的信息。白垩纪是典型的温室时期,其气候特征可以为当代和未来温室气候研究提供重要借鉴。对位于中国东南的福建省三明市沙县和永安地区的白垩系沙县组典型地层进行了系统的环境磁学参数测量,结合漫反射光谱(DRS)和色度指标,探讨了该地层磁学特征及其环境指示意义和红色的成因。结果表明:1)红色调和黄色调地层的主要磁性矿物分别为赤铁矿和针铁矿,均含有顺磁性矿物和极少量的亚铁磁性矿物;2)相对于粗粒的砂岩,细粒的粉砂岩赤铁矿含量较高;3)红色赤铁矿与黄色针铁矿均形成于成岩阶段之前,具体形成阶段与形成原因需要具体分析;4)红色调地层的赤铁矿指示高温的气候环境;黄色调地层的针铁矿指示局部的湿润环境。磁学参数变化的具体环境指示意义需要进一步研究。     

磁性矿物在成土过程中的生成转化机制及其气候意义

土壤作为重要的地球表层生态系统记录了丰富的地质和环境信息。在土壤的形成和发育过程中,其所含磁性矿物也会随之改变。因此,土壤磁性与成土时期的气候环境信息相关,进而可用于重建古环境。然而,土壤的磁学性质由磁性矿物种类、含量和粒径等多参数控制。明确磁性矿物在成土过程中的生成和转化机制及其与环境因子之间的响应关系、减少解释的不确定性,是土壤环境磁学研究的理论基础。本文综述了磁性矿物成土机制及其与环境因子之间响应关系的研究进展,并对该领域的发展方向进行了讨论。     

太行山红层磁学性质及古环境意义初探

环境磁学研究磁性矿物特征（磁性矿物类型、含量和颗粒大小）及其转化与环境关系,在不同地质时期古气候和古环境重建中得到广泛应用。本文将磁学方法应用于太行山中元古界红层研究,并从其磁学性质角度初步探讨太行山红层的古环境。对太行山红色石英砂岩和紫红色砂质泥岩样品进行了高温磁学和常温磁学系统测试。结果显示,太行山红层主要以硬磁性的赤铁矿为主,包含少量磁铁矿,部分样品赤铁矿是唯一磁性矿物;磁性颗粒大小以单畴为主;红色石英砂岩不同样品间磁性差别显著,反映沉积环境的不稳定性。紫红色砂质泥岩中的青灰色层表现为顺磁性特征,原因可能是紫红色砂质泥岩中的赤铁矿在后期还原环境下溶解或转化为弱磁性矿物所致,说明紫红色层并非形成于长期的水下还原环境。太行山红层中普遍存在的红色波痕和泥裂说明水环境对其有短暂影响,但是红层及赤铁矿的富集说明其长时间处于氧化环境,推断太行山红层可能形成于高度氧化的陆地环境。     

X射线光电子能谱在环境磁学中的应用

近年来,环境磁学方法被广泛应用到古环境和现代环境问题的研究中[1～4].不同种类的磁性矿物具有不同的磁性强度以及磁畴范围[1],磁性矿物种类的确定是研究需要解决的首要问题.目前磁性矿物种类主要运用环境磁学比值参数,以及热磁曲线、磁滞回线等传统的磁学方法鉴别[5～8],然而这些方法对弱磁性矿物(如反铁磁性矿物)不敏感,信号常被亚铁磁性矿物掩盖.近年来,XRD矿物衍射[9,10]、漫反射光谱[11]等技术被引入到磁性矿物鉴别中,但矿物衍射的方法对于研究对象中磁性矿物的含量有一定要求,对于磁性矿物含量比较低的天然样品,如被有机质以及其他矿物稀释的湖泊沉积物,难以满足实验要求.     

地球物理方法在环境污染监测及治理方面的应用

环境污染主要是大气污染、水体污染、土壤污染、固体废弃物污染、放射性污染和电磁污染等,环境污染严重影响了人类的生存环境。环境地球物理学是环境科学与地球物理学相融合而发展起来的一门交叉性边缘学科,其在环境污染的监测和治理方面应用广泛。随着环境地球物理技术的不断提高以及环境恶化程度的不断加剧,环境地球物理方法在环境污染监测和治理中的应用前景更加广阔,已成为解决环境污染不可缺少的重要手段。     

昆明盆地两孔岩芯的沉积特征及环境磁学分析

本文根据比较密的采样和磁化率测量,结合沉积特征、生物化石和沉积速率,分析了不同沉积环境沉积物的磁化率数值及沉积相变所表现出的磁化率曲线的形态特征.     

环境磁学样品干燥过程中的磁性效应

对长江口南岸潮滩沉积物柱样和表层样品的烘干、风干和冻干法处理,然后进行系统磁性测量和水分、有机质的测定。实验结果得知:以冻干法为参照,烘干和风干方法对样品的磁参数的稳定性影响很小,但研究质地粘重样品时,应避免采用风干方法或校正风干样含水量质量后计算相关的磁参数。有机质的含量与主要磁参数成正相关,它对磁参数的影响很小     

Substitution Random Fields with Gaussian and Gamma Distributions: Theory and Application to a Pollution Data Set

This paper presents random field models with Gaussian or gamma univariate distributions and isofactorial bivariate distributions, constructed by composing two independent random fields: a directing function with stationary Gaussian increments and a stationary coding process with bivariate Gaussian or gamma distributions. Two variations are proposed, by considering a multivariate directing function and a coding process with a separable covariance, or by including drift components in the directing function. Iterative algorithms based on the Gibbs sampler allow one to condition the realizations of the substitution random fields to a set of data, while the inference of the model parameters relies on simple tools such as indicator variograms and variograms of different orders. A case study in polluted soil management is presented, for which a gamma model is used to quantify the risk that pollutant concentrations over remediation units exceed a given toxicity level. Unlike the multivariate Gaussian model, the proposed gamma model accounts for an asymmetry in the spatial correlation of the indicator functions around the median and for a spatial clustering of high pollutant concentrations.     

地铁穿越工程地质环境监护技术方法与应用

上海城市轨道交通建设高速发展,已经形成了覆盖中心城区、相互交织的轨道交通网络。轨道交通相互穿越是地铁隧道施工中的技术难点,对地铁穿越时的变形监测也提出了高要求,但目前尚未有较好的方法满足施工监护要求。本文采用电子水平尺和静力水准仪综合应用于上海地铁隧道穿越工程中的沉降监测,较好地解决了短距离沉降监测中的关键技术问题,在实践工程中取得了较好效果。     

汞污染的环境效应及人体暴露研究进展

汞作为一种全球性污染物,一直是国际上热点问题之一。为了解汞污染对生态环境的影响及人体暴露危害的调查研究现状,在概述汞的高毒性、生物富集性、迁移性及国内外汞污染现状的同时,该文着重阐述了人体暴露于不同形态汞,无机汞和甲基汞环境下导致的健康疾病的研究进展;在分析汞的来源、存在形式及全球范围内的干湿沉降作用的基础上,总结了汞在环境中的迁移转化机制及生物化学效应的表征,并就其对人类健康发展提出一些看法。